Ce rol a avut alimentația în evoluția creierului uman?
Creierul homininilor a crescut constant, într-un ritm aproape galopant și încă nu e clar de ce. În ultimele șapte milioane de ani, de când ne-am despărțit de linia evolutivă a cimpanzeilor, volumul cerebral s-a mărit de aproape patru ori, în timp ce mărimea corpului nici măcar nu s-a dublat; disproporția modificărilor este evidentă. La vertebrate creierul sporește odată cu masa corpului, ca o necesitate pentru gestionarea sistemelor organismului și a proceselor somatice, însă la hominini raportul creier-corp este exagerat, iar menținerea țesutului nervos este extrem de costisitoare sub aspect energetic și se produce în detrimentul altor funcții importante. Cum se explică o asemenea risipă energetică?
În literatura de specialitate sunt neîncetat discutate și dezbătute cauzele care au determinat evoluția homininilor în direcția unui creier tot mai voluminos și a unui comportament tot mai sofisticat, însă la un consens în această privință așa și nu s-a ajuns. Se înmulțesc ipotezele, fără a fi definit un concept lămuritor și unanim acceptat. Știm că unele specii de primate antropoide au reușit să supraviețuiască până în zilele noastre grație unui creier mai mic de 400 cm3 (comparativ cu cele 1350 cm3 ale omului contemporan); în asemenea caz, de ce ar fi avut nevoie strămoșii noștri de o dezvoltare cerebrală atât de spectaculoasă? De ce selecția naturală a favorizat genele care ne-au sporit atât de mult cutia craniană și potențialul cognitiv?
Creșterea volumului cranian la hominini (de la primatele antropoide și australopitecine la erectuși și sapienși). Jos, pe axa abscisă, este indicată vârsta homininilor (în milioane de ani); în dreapta, pe axa ordonată, este indicat volumul cranian în cm3. În imagine se vede cum s-a produs o creștere craniană spectaculoasă și rapidă la homininii din genul Homo (Sursa: Ginneken et al., 2017)
Să începem cu primatele, al căror creier e foarte bine dezvoltat comparativ cu alte mamifere. Una dintre ipoteze susține că primatele au obținut un creier mare datorită consumului de fructe; în orice caz, așa reiese dintr-un studiu care a analizat viața socială și dieta a peste 140 de specii de maimuțe. Căutarea fructelor rare și greu accesibile solicită un efort cognitiv mai înalt decât alimentația cu frunze și iarbă, respectiv a existat o selecție în favoarea genelor asociate cu cerebralitatea. Constatăm aici că un factor ecologic concret – tipul de dietă – a jucat un rol substanțial în evoluția creierului la primate [DeCasien et al., 2017].
Consumul de fructe a stimulat într-o măsură mai mare dezvoltarea creierului la primate decât alimentația cu frunze și iarbă (Autorul imaginii: Eduard Olaru)
La hominini (începând cu habilișii și erectușii), dieta a fost suplimentată în mod considerabil de hrana proteică, foarte săţioasă, dobândită inițial de pe hoiturile de animale abandonate de diverși răpitori, apoi prin vânătoare. Există opinia că un rol important în evoluția creierului l-au avut bovinele (mai exact, bivolii africani din specia Syncerus caffer), deoarece aceste animale au reprezentat o sursă valoroasă de carne și grăsimi pentru hominini. Grăsimile dobândite din trupurile de bivoli au permis creșterea creierului; s-ar fi produs o „steatoză cerebrală”, o supraaglomerare de grăsimi în creier, cu impact asupra metabolismului cerebral [Ginneken et al., 2017].
Odată cu utilizarea focului (încă de către Homo erectus acum cel puțin 1,5 milioane de ani), a fost posibil consumul de carbohidrați prelucrați la temperatură înaltă, ușor asimilabili, bogați în amidon. În paralel, a sporit rolul digestiv al amilazei salivare, implicate în transformarea amidonului în oligozaharide; este demonstrat că genele pentru amilază au trecut printr-o selecție pozitivă în ultimele câteva sute de mii de ani. Grație aportului de carbohidrați nutritivi și ușor digerabili, creierul uman avea de unde obține necesarul său de aproape 25% din energia corporală, precum și suficientă glucoză. Deci, hrana proteică și calorică a dat startul creșterii cerebrale, iar carbohidrații preparați la foc au accelerat aceste procese și i-au permis creierului să atingă volumul pe care îl avem acum [Hardy et al., 2015].
Erectuși utilizând focul (Autorul imaginii: Eduard Olaru)
În plus, datorită diversificării dietei și a unei hrane ușor asimilabile, metabolismul homininilor a devenit mai accelerat decât la primate; oamenii contemporani ard mai intens caloriile decât cimpanzeii, gorilele sau urangutanii, iar această particularitate a fost hotărâtoare în aprovizionarea energetică superioară a creierului uman. Un studiu dedicat acestui aspect a arătat că, în medie, pe zi, oamenii ard cu 400 de calorii mai mult decât cimpanzeii, cu 635 calorii mai mult decât gorilele, cu 820 calorii mai mult decât urangutanii. Însă în cazul unui metabolism atât de intens există riscul unui deficit de resurse dacă, din vreun motiv oarecare, accesul la hrană nu ar fi posibil o anumită perioadă (ceea ce se întâmplă periodic în viața indivizilor sau grupurilor). Această problemă fiziologică a fost rezolvată printr-o altă adaptare evolutivă – apariția țesutului adipos abundent; or, oamenii au un strat de grăsime mult mai dezvoltat decât la alte primate.
De exemplu, din eșantionul de indivizi analizați în cadrul studiului, s-a stabilit că, în medie, un bărbat are 22,9% de grăsime corporală, în timp ce un mascul de gorilă – 15,2%, o femeie are 41,7% de grăsime corporală, în timp ce o femelă de gorilă – doar 13,9%; la cimpanzei grăsimea corporală e și mai redusă – 9% la masculi și 8,4% la femele [Pontzer et al., 2016]. Cifrele, cum s-ar zice, vorbesc de la sine. Cât privește copiii, la ei creierul consumă și mai multă energie comparativ cu oamenii adulți, fiindcă anume în primii ani de viață se înregistrează apogeul creșterii cerebrale. În cazul copiilor, compromisul la care s-a ajuns pe cale evolutivă constă în reducerea ritmului de creștere corporală (comparativ cu puii altor primate): prin creșterea lentă a corpului a fost posibilă alocarea resurselor necesare pentru sporirea volumului cerebral.
Este interesant că atunci când organismul are de ales unde să aloce resursele sale energetice – spre creier sau spre mușchi, prioritar este creierul. În cadrul unui experiment, s-a constatat că dacă indivizii sunt puși în situația de a efectua un exercițiu fizic concomitent cu memorarea unei informații, va scădea și performanța fizică, și cea mnemonică, însă... potențialul cognitiv va avea de suferit mai puțin decât potențialul fizic. Capacitatea de memorare se va reduce în medie cu 9,7%, iar puterea fizică – cu 12,6%; în general, toți participanții la experiment au cedat fizic cu aproape 30% mai mult decât cognitiv atunci când practicau simultan exerciții fizice și mintale. La fel, atunci când îndură foame, organismul va ceda ușor din țesutul său adipos și muscular, însă va păstra cât mai mult posibil intact țesutul nervos. Aceste rezultate subscriu așa-numitei ipoteze a creierului egoist (selfish brain hypothesis), care susține că, evolutiv, creierul a obținut prioritate în satisfacerea necesităților sale (aprovizionarea cu glucoză și oxigen), comparativ cu alte sisteme de organe ale organismului, deoarece supraviețuirea sapienșilor în mijlocul semenilor devenise mai dependentă de calitatea cogniției lor decât de calitatea forței fizice [Longman et al., 2017].
Toate aceste particularități legate de hrană, metabolism și alocarea resurselor lămuresc parțial de ce selecția naturală a admis creșterea unui organ atât de energofag cum este creierul uman. Totuși, ipotezele prezentate mai sus nu sunt suficiente în explicarea evoluției cerebrale; de bună seamă, trebuie să fi existat un cumul de factori, nu doar cel alimentar și metabolic, ci și sociali, culturali, ecologici, care au determinat dezvoltarea creierului la primate, apoi la hominini.
Fragment din cartea „Mozaicul Uman. Evoluția Omului și Originea Raselor”, de Dorian Furtună, doctor în biologie, etolog. Cartea poate fi găsită AICI.
Citește și:
O „omenire paralelă”: Neandertalienii – primii oameni
Soarta enigmatică a „hobbiților” care au trăit cu adevărat pe insula Flores
Homo erectus – primii hominini care au depășit „rubiconul cerebral”
Foto sus: © Biswarup Ganguly / Wikimedia Commons
